CC BY
75
© М.М. Яковчук, А.В.Овчинников, И.К.Рсшстов, 2007
УДК 624.131.2
М.М. Яковчук, А.В.Овчинников, И.К.Решетов
ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕЛ-МЕРГЕЛЬНОЙ ТОЛЩИ ПОРОД В ЦЕЛЯХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВАНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Семинар № 1
Исходным материалом для написания статьи явились результаты полевых и лабораторных исследований авторов, а также данные анализа фондовых и опубликованных источников (Горькова И.М., 1962; Перцовский Ю.М., 1962; и др.).
На отдельных застроенных территориях Центрально-Черноземного региона основанием гражданских зданий и промышленных сооружений являются мел-мергельные грунты. В пределах строительных площадок участились случаи деформирования зданий расположенных на указанных грунтах. Деформации проявлены в виде трещин разрыва на кирпичных стенах зданий, зиянием между стенами и несущими конструкциями зданий (колонн, панелей, перекрытий), осадкой и провалами земной поверхности вокруг построек и сооружений. Подобные нарушения связаны, прежде всего, как с природными факторами (геологическим строением и литологопетрографическим составом меловых толщ), так и техногенными (этапы проектирования, строительства и эксплуатации).
Для инженерно-геологической характеристики пород определяется предел их прочности на одноосное сжатие в сухом и водонасыщенном состоянии, степень трещиноватости и выветрелости, химическая стойкость
против растворения и выщелачивания. Также определяется крепость пород (т.е. их суммарное сопротивление разрушению при разработке). Коэффициент крепости плотного массивного мела и мергеля составляет 2, а рыхлых выветрелых разностей этот показатель снижается до 0,8. Твердость мела, являющаяся одним из важных механических свойств, по шкале Мооса меньше единицы. В инженерно-геологических целях мел необходимо испытывать при естественной влажности.
Деформационные особенности мела детально рассмотрены в работе (Пузыревская Т.Н., 1952), в которой изложены результаты исследований упругих свойств и деформируемость сухого и водонасыщенного мела (сопротивление раздавливанию, всестороннему сжатию, сдвигу и др.). В отмеченной работе сделан вывод об отсутствии пластического течения в мелу и способность его к упрочнению под нагрузкой во времени.
Разброс значений различных параметров мел-мергельных пород зависит, прежде всего, от генетической принадлежности, литологического состава и стратиграфического положения указанных пород. Полевые наблюдения в меловых карьерах и результаты лабораторных исследований мела выявили следующее.
І
Рис. 1. Виды карста в мелах
Мел-мергельная толща в вертикальном разрезе стратиграфически имеет три положения: толща перекрывается глинистыми, песчаными осадками, либо непосредственно выходит на земную поверхность или покрывается маломощным (0,3-0,7 м) почвенно-растительным слоем.
Нередко перекрывающие песчаноглинистые (супесь-суглинистые) отложения обводнены, что отражается на прочностных и деформационных характеристиках грунтового основания. Литологический вертикальный разрез самой мел-мергельной толщи так же имеет неоднородное строение мел-мергельной толщи
Зональность толщи обусловлена чередованием слоев чистого мела, глинистого мела и мергеля, либо органогенного, кристаллического (химического) и разжиженного (пастообразного) происхождения. Степень выветрелости меловой толщи различна: от дезинтегрированного состояния через трещиноватый мел до массивной и плотной текстуры в вертикальном разрезе (сверху вниз). Важным геологическим фактором, влияющим на устойчивость грунтового основания, является закарстованность меловой толщи (рис. 1).
Карст в мелах представлен в двух видах: первый имеет сводовый харак-
тер (I) и чаще всего наблюдается в случае перекрытия мел-мергельной толщи только почвенно-растительным слоем; второй имеет воронкообразную форму (II) и является погребенным карстом, выполненным перекрывающимися песчано-глинистыми отложениями с выветрелыми и ожелез-ненными обломками мелкозернистого песчаника кварцевого состава.
Отмеченные геологические особенности строения мел-мергельной толщи, а также гипсометрическое положение ее кровли сказывается на просадочных и деформационных характеристиках грунтов, являющихся основанием для фундаментов зданий и сооружений.
В меловой толще, в настоящее время, возможно проявление карсто-во-суффозионных процессов в силу техногенного влияния и воздействия, обусловленного утечкой вод, прокладкой теплотрасс, различного рода водонесущих коммуникаций (водопроводы, ливнестоки, канализация). Именно утечка воды из них в первую очередь приводит к усилению карсто-во-суффозионных явлений, поскольку воды имеют агрессивный характер, кислотно-щелочной состав, повышенную температуру, суммарно вызывающие повышенную интенсивность
Рис. 2. Стадийное развитие оседаний поверхности, вызванных карстом в мелях
растворения мела, а, следовательно, и карстово-суффозионных процессов. Схема оседания земной поверхности отражена на рис. 2.
Перекрывающие породы состоят из суглинков, песков и выветрелых обломков песчаника палеогенового возраста. Указанные отложения выполняют пустоты и открытые трещины в подстилающих мелах. Вымывание тонкого материала приводит к образованию полостей, разрыхлению перекрывающей «арки» и разрастанию полостей в сторону поверхности земли, особенно после сильных ливневых дождей. Это, в свою очередь, создает под дорогами или домами, зданиями, благоприятные условия для обрушения. Эти, хотя и опасные, но относительно мелкие обрушения могут достигнуть значительно больших размеров, если имеется связь трещин с крупными карстовыми полостями в мел-мергельной толще. На рис. 2, I и II показано неповрежденное основание, а на III и IV - поврежденное основание. Рис. 2, IV отражает случай с обрушением, распространившимся к земной поверхности.
При развитии жилищного строительства в районах с мел-мергельными грунтами в качестве оснований фундаментов должны использоваться заполненные бетоном траншеи, которые проходятся до кровли коренных пород. Все пустоты, встречаемые при
проведении земляных работ, заделываются в индивидуальном порядке. Для высоких зданий при значительной мощности рыхлых перекрывающих меловую толщу отложений следует применять буронабивные сваи большого диаметра, что позволяет одновременно исследовать основание и осуществлять расчистку и заделку полостей. Для сооружений, особо чувствительных к осадке, (резервуары для воды, нефти и т.п.) необходимо удалить поверхностные отложения на всей стройплощадке до кровли коренных пород, промыть ее струей воды, чтобы обнажить все карманы, трещины, карстовые пустоты, залить их бетоном и подготовить таким образом надежное основание для строительных конструкций.
Песчано-глинистые поверхностные отложения, перекрывающие трещиноватые мел-мергельные породы, могут постепенно вмываться в трещины подстилающих пород, что приводит к провалам земной поверхности. Следует учитывать, что верхняя часть меловой толщи мощностью от 5 до 1015м является ослабленной зоной, т.е. корой выветривания, которая также может быть отнесена к рыхлым образованиям. Эта зона сложена дресвой, щебнем, крошкой и порошкообразным мелом. Поэтому кровлей коренных пород в толще будет являться нижняя граница развития коры вы-
ветривания, ниже которой развиты мела плотные и массивные. Следует иметь ввиду и то обстоятельство, что конфигурация указанной границы может иметь извилистую и зигзагообразную форму, которая напрямую зависит от тектонических особенностей мелов. Установлено, что в мелах широко развиты вертикальные трещины и ослабленные зоны, вдоль которых на глубину возможно развитие и ныряние нижней границы коры выветривания мел-мергельных пород.
Тектонические нарушения в меловой толще также являются благоприятным фактором для развития кар-стово-суффозионных явлений. Вынос тонкодисперстного материала из области развития суффозии может производиться по горизонтальным трещинам, широко развитым в мелах, в направлении области разгрузки. Областями разгрузки являются поймы и долины рек, подножия крутых склонов. Подмечено, что карстово-суф-фозионные процессы в мел-мер-гельной толще наиболее интенсивнее проявляются на водоразделах (возвышенностях и утесах), на участках со значительным гипсометрическим перепадом расположения областей питания и разгрузки. На участках с пологими склонами и небольшой вертикальной разностью абсолютных отметок, интенсивность явлений раство-
рения и размыва мел-мергельных пород резко снижается. Указанное обстоятельство следует учитывать при выборе территорий для застройки.
Выводы
1. При строительстве высотных зданий с применением столбчатых фундаментов в закарстованных и трещиноватых мел-мергельных породах рекомендуется применять предварительное бурение скважин под каждый столб и цементацию трещиноватой зоны в соответствии с распределением напряжений. Таким образом, будут преодолены трудности, связанные с необходимостью передачи больших нагрузок на основание, сложенное трещиноватыми и вывет-релыми мелами.
2. В ходе проведения проектноизыскательских работ требуется детальное изучение литолого-страти-графического разреза мел-мергельной толщи с целью выявления зональности строения и физико-химических условий образования различных литоти-пов морской фации и меловой формации пород.
3. Колонковое бурение скважин необходимо осуществлять с полным отбором керна, данные детального изучения которого явятся информативным материалом для построения инженерно-геологической модели грунтового основания.
— Коротко об авторах------------------------------------------------------------
Яковчук М.М. - кандидат геолого-минералогических наук, доцент,
Овчинников А.В. - аспирант,
Белгородский государственный университет, Белгород, Россия
Решетов И. К. - доктор геолого-минералогических наук, профессор, Харьковский национальный университет, Харьков, Украина
А
